مقاومت‌های خطی ثابت، مقاومت‌های ثابت دسته‌ای از مقاومت‌های خطی هستند. زمانی به یک مقاومت ثابت می‌گوییم که مقدار آن ثابت بوده و مانند مقاومت‌های متغیر، تغییرپذیر نباشد. در واقع مقدار یک مقاومت ثابت در حین فرآیند ساخت تعیین می‌گردد. در این جلسه از مجموعه آموزش‌های مفاهیم پایه الکترونیک به مقاومت‌های خطی ثابت می‌پردازیم.
نماد مداری یک مقاومت ثابت به شکل زیر است.
مقاومت‌های ثابت براساس مواد اولیه‌ی به کار رفته در آن‌ها و پروسه ساختی که طی می‌کنند، به انواع مختلفی طبقه‌بندی می‌شوند.
مقاومت‌های ترکیبی کربن
این مقاومت‌ها ترکیبی از ذرات کربن، گرافیت و سرامیک هستند که با ماده‌ای به عنوان زمینه مانند خاک رس ترکیب می‌شوند. این مواد در فشار و دمای بالا با یک‌دیگر مخلوط شده و پس از یک‌دست شدن، سیم‌های رسانا در آن‌ها جاگذاری می‌شوند.
دو نکته در رابطه با این نوع مقاومت‌ها وجود دارد:
- جرم حرارتی ترکیب سازنده آن‌ها بالا است و به همین دلیل توانایی مقاومت در برابر پالس‌های قوی انرژی را به خوبی دارند.
- پایداری کم و نویز بالایی دارند که یک نقطه ضعف محسوب میشود.
در تصویر زیر ساختار یک مقاومت ترکیبی کربن را می‌بینید.
از کاربردهای این مقاومت‌ها در منابع تغذیه حفاظت‌شده در برابر موج، منابع تغذیه‌ی محدودکننده جریان و منابع تغذیه‌ی ولتاژ بالا است.
مقاومت‌های سیم‌پیچی
ساختار این نوع مقاومت‌ها به صورت یک سیم دارای مقاومت است که به دور یک هسته پیچیده میشود. زمانی که سیم‌پیچ مقاومتی جریان را هدایت می‌کند، هسته فلزی به عنوان یک ماده نارسانا عمل می‌کند. یک مقاومت سیم‌پیچی شده را در تصویر زیر می‌توانید ببینید.
سیم مورد استفاده معمولا از جنس آلیاژ نیکروم (نیکل+کروم) یا منگنین (مس+منگنز+نیکل) است چرا که این آلیاژ‌ها مقاومت بالایی دارند. در ساخت هسته نیز از موادی مانند پلاستیک، سرامیک یا شیشه استفاده می‌کنند.
نکات مورد توجه در مقاومت‌های سیم‌پیچی:
- بسیار دقیق هستند.
- برای کاربردهایی که توان بالا و مقاومت پایین است، بسیار خوب عمل می‌کنند.
جالب است بدانید که این نوع مقاومت‌ها، قدیمی‌ترین نوع مقاومت‌های ثابت هستند اما با این حال هنوز هم از آن‌ها استفاده میشود.
مقاومت‌های ضخامتی(Thick Film)
نوع مقاومت‌های ورقه‌ای(لایه‌ای)، دارای یک لایه‌ی مقاومتی بر روی یک پایه‌ی سرامیکی هستند که ضخامت این لایه‌ی فوقانی تعیین کننده دسته‌ای است که این مقاومت‌ها به آن تعلق پیدا می‌کنند: لایه ضخیم (ضخامتی) یا لایه نازک. ضخامت این لایه در نوع لایه ضخیم به مراتب بیشتر از نوع لایه نازک است.
لایه‌ی ضخیم از تزریق نوعی خمیر مخصوص که ترکیبی از شیشه و اکسیدفلز است، بر روی زیرلایه ایجاد میشود.
خود دسته‌ی لایه‌ی ضخیم به سه دسته‌ی کوچکتر تقسیم شوند، مقاومت‌های فیوزی(Fusible)، مقاومت‌هایی با ورقه ترکیبی از سرامیک و فلز(Cermet film) و مقاومت‌هایی با ورقه‌هایی از جنس اکسیدفلز(Metal oxide film).
مقاومت‌های فیوزی
این دسته از مقاومت‌ها شبیه به مقاومت‌های سیم‌پیچی شده هستند. تفاوت‌شان این است که در ضمن عملکرد مقاومتی، عملکرد فیوزی نیز در مدار دارند. تصویر آن‌ها را در زیر می‌بینید.
در این مقاومت، الکترون‌ها از طریق محل اتصال با بار، که مانند فنر متحرک و به بدنه مقاومت نزدیک است، جریان پیدا کرده و در مدار گردش می‌کنند. گرمای تولید شده ناشی از عبور این جریان، از طریق نقطه اتصال فنر مانند به بار(سیم فلزی) منتقل میشود. اگر جریان زیاد شود، این نقطه‌ی اتصال در اثر حرارت ذوب شده و اتصال را باز می‌کند، در نتیجه جریان در مدار قطع خواهد شد.
بنابراین می‌توانیم بگوییم که این مقاومت به نوعی محدود کننده جریان است، اما چنان‌چه رنج توان مدار از محدوده مشخصی بالاتر رود( جریان افزایش یابد) مقاومت مانند فیوز عمل کرده و مدار را قطع می‌کند. مقدار این مقاومت‌ها معمولا کمتر از 10 اهم است و عموما در دستگاه‌های تلویزیون، تقویت‌کننده‌ها و مدارهای الکترونیکی گران قیمت استفاده می‌شوند.
مقاومت‌های ورقه ترکیبی
این نوع مقاومت‌ها از ماده مخصوصی به نام cermet ساخته می‌شوند. این ماده در واقع آلیاژی از سرامیک و فلز است. این ترکیب خواصی از هر دو جزء را دارا خواهد بود. به عنوان مثال ویژگی‌های مقاومت بالای حرارتی و مقاومت بالا در برابر ساییدگی از سرامیک‌ها و انعطاف‌پذیری و رسانایی الکتریکی از فلز‌ها.
یک ورقه‌ی نازک فلزی به دور ماده مقاومتی پیچیده شده و درون یک بستر(محفظه) سرمیتی تعبیه میشود. برای برقراری اتصال در مدار و نصب بر روی PCB ، چند پایه‌ی فلزی از درون محفظه به بیرون کشیده می‌شوند.
این نوع مقاومت‌ها پایداری بسیار بالایی در برابر دما دارند و عملکرد آن‌ها تحت افزایش یا کاهش دما تحت تاثیر قرار نمی‌گیرد(ضریب دمایی پایین).
مقاومت با لایه‌ی Metal oxide
این مقاومت‌ها از طریق اکسید کردن لایه‌ی ضخیمی از قلع‌کلراید بر روی یک میله‌ی شیشه‌ای داغ شده که بستر زیرین مقاومت است، ایجاد می‌شوند. پایداری بالایی در برابر تغییرات دما دارند و به همین دلیل می‌توانند در ولتاژهای بالا مورد استفاده قرار گیرند. هم‌چنین نویز عملیاتی اندکی دارند.
مقاومت‌های با ورقه فلزی اکسید شده با نوع ورقه فلزی که در دسته لایه نازک‌ها قرار دارند، تنها در نوع ورقه‌ها تفاوت دارند و ساختار کلی‌شان مشابه است. لایه در نوع اکسید فلزی، ترکیبی از فلزات است مانند قلع با اکسیژن تا اکسید آن فلز بدست آید. مقدار مقاومت این نوع بستگی به مقدار آنتیموان‌اکساید اضافه شده به قلع‌اکساید دارد.
مقاومت‌های ورقه نازک(Thin Film)
این دسته از مقاومت‌ها دارای یک لایه‌ی مقاومتی با ضخامت 0.1 میکرومتر یا کمتر از آن بر روی بستر سرامیکی هستند. این لایه‌ی نازک در شرایط خلاء بر روی بستر نارسانای خود قرار داده شده یا به عبارت بهتر بر سطح آن تزریق میشود.
مقاومت‌های لایه نازک دقیق‌تر و پایدارتر هستند و ضریب دمایی بهتری نیز دارند.
انواع آن‌ها را در دو دسته طبقه‌بندی می‌کنند: ورقه فلزی، ورقه کربنی.
مقاومت‌های لایه نازک با ورقه کربنی
لایه‌ی تزریق شده بر بستر نارسانا در این نوع، از جنس کربن است. این لایه‌ی کربنی در برابر عبور جریان از خود مقاومت نشان می‌دهد و بستر سرامیکی نیز در برابر عبور جریان نارسانا است. در دو انتهای مقاومت دو سرپوش فلزی قرار می‌گیرد و پایه‌های کربنی برای اتصال مقاومت در مدار، از طریق آن‌ها خارج می‌شوند. ساختار یک مقاومت ورقه نازک با لایه‌ی کربنی را در تصویر زیر می‌بینیم.
از مهم‌ترین مزیت‌های این نوع مقاومت‌ها، پایداری بالا، بازه‌ی عملکردی وسیع، نویز کم و قیمت پایین است. به دلیل همین کم بودن نویز، معمولا این نوع مقاومت لایه نازک کربنی به نوع ترکیبی کربن ترجیح داده میشود.
مقاومت‌های لایه نازک با ورقه فلزی:
در این دسته، یک لایه‌ی نازک از ماده‌ای فلزی مانند نیکل‌کرمیک، برای پوشاندن سطح مقاومت استفاده میشود. توجه شود که در ورقه‌ی Metal oxide اکسید فلزات برای پوشاندن سطح مقاومت به کار می‌رفت و در این جا خود فلزات.
این نوع مقاومت‌ها ضریب دمایی پایینی دارند که به معنای آن است که مقاومت کمتر تحت تاثیر دما قرار می‌گیرد.
توان مصرفی
زمانی که از یک مقاومت استفاده می‌کنیم، اگر جریان زیاد شود، مقاومت مقداری گرما تولید می‌کند. اگر این گرمای اتلافی از مقدار بحرانی مشخصی عبور کند، احتمال آسیب دیدن مقاومت وجود دارد. برای اجتناب از چنین اتفاقاتی، در مقاومت‌های مقدار بالا، بازه‌ی قابل قبول توان بر روی آن‌ها درج میشود. توان مصرفی، همان توان الکتریکی است که به زبان وات بیان میشود و توان الکتریکی همان نرخ انتقال انرژی الکتریکی است.
P = IV
امیدوارم که آموزش مقاومت‌های خطی ثابت برایتان خیلی مفید واقع شده باشد.
منبع: میکرودیزاینرالکترونیک
